CN114251172A - 叶轮活塞发动机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种叶轮活塞发动机，属于发明技术领域。它解决了现有活塞式发动机存在效率低的问题。本叶轮活塞发动机，包括外壳、设于外壳一端的第一端盖和设于外壳另一端的第二端盖，外壳内具有同轴设置的叶轮，叶轮上同轴设有由第一端盖穿出的输出轴，叶轮的外环面与外壳的内环面密封配合，叶轮的外环面上开设有若干环向均匀分布的压缩腔，压缩腔随叶轮的转动依次与设于外壳上的进口、火花塞孔和出口连通，火花塞孔内安装有火花塞，每个压缩腔内均密封配合有压缩滑块，叶轮内设有当叶轮转动时用于带动压缩滑块滑动的带动组件。叶轮每转动一圈，各个压缩腔均完成一次进气、爆炸和排气动作，实现了多次做功，有效提高了发动机的效率。

Description

叶轮活塞发动机

技术领域

本发明属于发动机技术领域，涉及一种叶轮活塞发动机。

背景技术

现广泛使用的发动机都是往复式结构，其活塞在气缸中作直线往复运动，然后通过曲柄连杆机构将直线往复运动变成旋转运动。活塞往返运动做功两次，但只有一次有效，能量损耗大。

为此，中国专利公开了一种叶轮式旋转发动机[申请公布号为CN101070778]，缸体是两个半圆的中心距按容积的需要，与圆弧连成平滑的腰圆形；一个半圆包住活塞，另一个半圆以上的空间为压缩室容积；活塞由三个燃烧室及三道滑块槽构成支撑框架呈叶轮状；框架之间为中空部分，方便空气流通冷却；框架的中部为叶轮转轴，并固装在前后缸盖的轴承座内；转轴的中心孔为主油道，并与轴承座内的进油孔和排油孔相通。

由于未在缸体内设置驱动滑块运动的驱动组件，滑块只能在离心力的作用下与缸体内壁接触，结构稳定性较差，导致滑块与缸体内壁之间的密封性差，造成发动机效率低下。

发明内容

本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种效率高的叶轮活塞发动机。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：

叶轮活塞发动机，包括外壳、设于外壳一端的第一端盖以及设于外壳另一端的第二端盖，所述外壳内具有同轴设置的叶轮，所述叶轮上同轴设有由第一端盖穿出的输出轴，所述叶轮的外环面与外壳的内环面密封配合，所述叶轮的外环面上开设有若干环向均匀分布的压缩腔，所述压缩腔随叶轮的转动依次与设于外壳上的进口、火花塞孔和出口连通，所述火花塞孔内安装有火花塞，每个所述压缩腔内均密封配合有压缩滑块，所述叶轮内设有当叶轮转动时用于带动压缩滑块滑动的带动组件。

当叶轮转动时，压缩腔用于容纳汽态燃油的有效容积(即位于压缩滑块与外壳的内环面之间的空间)不断变化。当压缩腔与进口连通时压缩腔的有效容积达到最大；当压缩腔与火花塞孔连通时压缩腔的有效容积达到最小。

本叶轮活塞发动机的工作原理如下：空气燃油混合气体经进口进入到与进口连通的压缩腔，随着叶轮的转动，该压缩腔的有效容积不断减小，位于该压缩腔内的混合气体被不断压缩，当该压缩腔转动至与火花塞孔连通时，火花塞点燃混合气体，产生爆炸从而推动叶轮转动，叶轮带动输出轴转动实现动力的输出，当该压缩腔转动至与出口连通时，位于该压缩腔内的废气由出口排出，然后再进入下一进气、爆炸和排气循环。

压缩腔为若干个，叶轮每转动一圈，各个压缩腔均完成一次进气、爆炸和排气动作，即叶轮转动一圈实现了多次做功，有效提高了发动机的效率。

在上述叶轮活塞发动机中，所述带动组件包括若干环向均匀分布于叶轮内的齿轮以及若干与齿轮一一对应设置的齿条，所述齿轮与压缩滑块一一对应设置，所述齿条和与之对应设置的齿轮啮合，且所述齿条固定在与之对应设置的压缩滑块上；所述叶轮的中部设有用于驱动各齿轮来回转动的牵引结构。

当叶轮转动时，牵引结构驱动齿轮绕齿轮的中轴线转动，从而带动与之啮合的齿条沿压缩块的滑动方向来回运动，以此带动压缩滑块的滑动，从而改变压缩腔的有效容积。齿条沿压缩块的滑动方向延伸，可保证齿条和与之对应设置的齿轮有效啮合。

在上述叶轮活塞发动机中，所述叶轮内设有若干环向均匀分布且与压缩腔一一对应的容纳腔，所述容纳腔和与之对应设置的压缩腔连通，所述齿轮设于与之对应的容纳腔内；所述叶轮的中部设有与若干容纳腔连通的让位腔，所述牵引结构设于让位腔内。

容纳腔为齿轮和齿条的动作提供了让位空间，从而可增大齿轮的外径，使得齿轮在来回转动时带动齿条运动的距离能达到压缩滑块所需的运动行程。各容纳腔均与让位腔连通，方便齿轮与设于让位腔内的牵引结构实现传动连接。

在上述叶轮活塞发动机中，所述牵引结构包括固定在第二端盖上的支撑杆以及若干能绕支撑杆转动的连杆，所述支撑杆沿叶轮轴向延伸且相对于叶轮偏心设置，所述连杆的与齿轮一一对应设置，所述齿轮上具有偏心设置的转轴，所述连杆远离支撑杆的一端和与之对应设置的齿轮上的转轴转动连接。

连杆靠近支撑杆的一端套设在支撑杆上，并能绕着支撑杆转动，连杆相对于支撑杆可实现轴向限位，例如在连杆与支撑杆之间设置轴承可实现轴向限位。多个连杆与支撑杆的连接处至第二端盖的距离均不相等，即多个连杆并非位于同一平面内。连杆远离支撑杆的一端套设在与之对应设置的转轴上，且能实现轴向限位，例如在连杆与转轴之间设置轴承可实现轴向限位。

叶轮转动时带动各个齿轮随叶轮一起运动，由于支撑杆固定不动且偏心设置，设于齿轮上的转轴至支撑杆的距离随叶轮的转动而不断发生变化，从而带动齿轮旋转。

在上述叶轮活塞发动机中，所述支撑杆中心至转轴中心的距离c应满足如下公式：a-b＜c＜a+b，其中，a为支撑杆中心至齿轮中心的距离，b为转轴中心至齿轮中心的距离。通过该公式限定后，避免连杆越过齿轮的中心，达到使齿轮来回旋转的目的。

在上述叶轮活塞发动机中，所述带动组件包括若干环向均匀分布与叶轮内的容纳腔、密封配合于容纳腔内的驱动滑块以及设于叶轮中部的用于牵引驱动滑块来回滑动的牵引结构，所述容纳腔与压缩腔一一对应设置且容纳腔和与之对应的压缩腔连通，所述驱动滑块与压缩滑块之间形成用于封装流体的封闭腔体。

每个容纳腔内有且仅设有一个驱动滑块，每个封闭腔体的体积相等。叶轮转动时，牵引结构带动驱动滑块在容纳腔内来回滑动，在封闭腔体内流体的作用下将带动与之对应设置的压缩滑块来回滑动，从而达到改变压缩腔有效容积的目的。

在上述叶轮活塞发动机中，所述叶轮的中部设有与若干容纳腔连通的让位腔，所述牵引结构包括固定在第二端盖上且轴向伸入让位腔的支撑杆以及若干能绕支撑杆转动的连杆，所述支撑杆相对于叶轮偏心设置，所述连杆与驱动滑块一一对应设置，所述连杆远离支撑杆的一端和与之对应设置的驱动滑块铰接。

在上述叶轮活塞发动机中，所述流体为润滑油。润滑油不仅起填充封闭腔体的作用，还起润滑作用，降低磨损。润滑油与压缩腔隔绝，处于无氧封闭状态，且燃点较高，不会燃烧。

在上述叶轮活塞发动机中，所述流体为密度较大的气体。如氯气、二氧化碳和氮气等，优选二氧化碳。

在上述叶轮活塞发动机中，所述容纳腔至支撑杆的距离最小时与该容纳腔连通的压缩腔与火花塞孔连通；所述容纳腔至支撑杆的距离最大时与该容纳腔连通的压缩腔与进口连通。

容纳腔至支撑杆的距离最小时压缩腔的有效容积最小，容纳腔至支撑杆的距离最大时容纳腔的有效容积最大。

与现有技术相比，本叶轮活塞发动机具有以下优点：

叶轮每转动一圈，各个压缩腔均完成一次进气、爆炸和排气动作，即叶轮转动一圈实现了多次做功，有效提高了发动机的效率；而且结构设计合理，加工和组装方便，结构稳定性好。

附图说明

图1是本发明提供的叶轮活塞发动机的结构示意图。

图2是实施例一中叶轮活塞发动机去第二端盖时的俯视图。

图3是实施例一中叶轮及其内部结构的结构示意图。

图4是实施例一中叶轮及其内部结构的又一结构示意图。

图5是实施例一中叶轮及其内部结构的剖视图。

图6是支撑杆、转轴和齿轮之间间距的示意图。

图7是实施例二中叶轮活塞发动机去第二端盖时的俯视图。

图8是实施例二中叶轮及其内部结构的结构示意图。

图9是实施例二中叶轮及其内部结构的又一结构示意图。

图10是实施例二中叶轮及其内部结构的剖视图。

图中，1、外壳；2、第一端盖；3、第二端盖；4、叶轮；5、输出轴；6、压缩腔；7、进口；8、出口；9、火花塞；10、压缩滑块；11、齿轮；12、齿条；13、容纳腔；14、让位腔；15、支撑杆；16、连杆；17、转轴；18、驱动滑块。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

实施例一

如图1所示的叶轮4活塞发动机，包括呈圆筒状的外壳1、设于外壳1一端的第一端盖2以及设于外壳1另一端的第二端盖3，如图2所示，外壳1内具有呈圆筒状的空腔，在空腔内同轴设有叶轮4，叶轮4的外环面与外壳1的内环面密封配合，如图3所示，叶轮4上同轴设有由第一端盖2中部的孔穿出的输出轴5。外壳1、第一端盖2和第二端盖2固连到一起。

如图2所示，叶轮4的外环面上开设有四个环向均匀分布的压缩腔6，本实施例以四个压缩腔6进行详细说明，在一些其他实施例中，也可以将压缩腔6设置成三个或六个。压缩腔6随叶轮4的转动依次与设于外壳1上的进口7、火花塞9孔和出口8连通，火花塞9孔内安装有火花塞9，每个压缩腔6内均密封配合有压缩滑块10。其中，压缩腔6的深度方向沿直线延伸，压缩滑块10滑动配合在与之对应设置的压缩腔6内。在叶轮4内设有当叶轮4转动时用于带动压缩滑块10在与之对应设置的压缩腔6内滑动的带动组件。

当叶轮4转动时，压缩腔6用于容纳汽态燃油的有效容积(即位于压缩滑块10与外壳1的内环面之间的空间)不断变化。当压缩腔6与进口7连通时压缩腔6的有效容积达到最大。当压缩腔6与火花塞9孔连通时压缩腔6的有效容积达到最小。

本实施例中，如图2所示，压缩腔6为四个，叶轮4每转动一圈，各个压缩腔6均完成一次进气、爆炸和排气动作，即叶轮4转动一圈实现了多次做功，有效提高了发动机的效率。

本叶轮4活塞发动机的工作原理如下：空气燃油混合气体经进口7进入到与进口7连通的压缩腔6，随着叶轮4的转动，该压缩腔6的有效容积不断减小，位于该压缩腔6内的混合气体被不断压缩，当该压缩腔6转动至与火花塞9孔连通时，火花塞9点燃混合气体，产生爆炸从而推动叶轮4转动，叶轮4带动输出轴5转动实现动力的输出，当该压缩腔6转动至与出口8连通时，位于该压缩腔6内的废气由出口8排出，然后再进入下一进气、爆炸和排气循环。

为了使产生的爆炸能推动叶轮4旋转，压缩腔6的深度方向不能沿叶轮4的径向延伸，如图2所示，其延伸方向应偏离叶轮4的径向位置。

如图2-5所示，带动组件包括四个环向均匀分布于叶轮4内的齿轮11以及四个与齿轮11一一对应设置的齿条12，齿轮11与压缩滑块10一一对应设置，齿条12和与之对应设置的齿轮11啮合，且齿条12固定在与之对应设置的压缩滑块10上，在叶轮4的中部设有用于驱动各齿轮11来回转动的牵引结构。

当叶轮4转动时，牵引结构驱动齿轮11绕齿轮11的中轴线转动，从而带动与之啮合的齿条12沿压缩块的滑动方向来回运动，以此带动压缩滑块10的滑动，从而改变压缩腔6的有效容积。齿条12沿压缩块的滑动方向延伸，可保证齿条12和与之对应设置的齿轮11有效啮合。

如图2-4所示，叶轮4内设有四个环向均匀分布且与压缩腔6一一对应的容纳腔13，容纳腔13和与之对应设置的压缩腔6连通，齿轮11设于与之对应的容纳腔13内。如图2、图4和图5所示，叶轮4的中部设有与四个容纳腔13连通的让位腔14，牵引结构设于让位腔14内。

容纳腔13为齿轮11和齿条12的动作提供了让位空间，从而可增大齿轮11的外径，使得齿轮11在来回转动时带动齿条12运动的距离能达到压缩滑块10所需的运动行程。各容纳腔13均与让位腔14连通，方便齿轮11与设于让位腔14内的牵引结构实现传动连接。

如图2和图3所示，牵引结构包括固定在第二端盖3上的支撑杆15以及四个能绕支撑杆15转动的连杆16，支撑杆15沿叶轮4轴向延伸且相对于叶轮4偏心设置，连杆16的与齿轮11一一对应设置，齿轮11上具有偏心设置的转轴17，该转轴17沿齿轮11轴向延伸，连杆16远离支撑杆15的一端和与之对应设置的齿轮11上的转轴17转动连接。

连杆16靠近支撑杆15的一端套设在支撑杆15上，并能绕着支撑杆15转动，连杆16相对于支撑杆15可实现轴向限位，例如在连杆16与支撑杆15之间设置轴承可实现轴向限位。多个连杆16与支撑杆15的连接处至第二端盖3的距离均不相等，即多个连杆16并非位于同一平面内。连杆16远离支撑杆15的一端套设在与之对应设置的转轴17上，且能实现轴向限位，例如在连杆16与转轴17之间设置轴承可实现轴向限位。

叶轮4转动时带动各个齿轮11随叶轮4一起运动，由于支撑杆15固定不动且偏心设置，设于齿轮11上的转轴17至支撑杆15的距离随叶轮4的转动而不断发生变化，从而带动齿轮11旋转。

其中，容纳腔13至支撑杆15的距离最小时与该容纳腔13连通的压缩腔6与火花塞9孔连通，容纳腔13至支撑杆15的距离最大时与该容纳腔13连通的压缩腔6与进口7连通。

为了方便各齿轮11的安装，在叶轮4靠近第一端盖2的一端还设置封盖(图中未示出)，该封盖与叶轮4一体成型，各齿轮11通过轴安装在封盖上。压缩滑块10靠近封盖的一端与封盖滑动配合。

如图6所示，支撑杆15中心至转轴17中心的距离c应满足如下公式：a-b＜c＜a+b，其中，a为支撑杆15中心至齿轮11中心的距离，b为转轴17中心至齿轮11中心的距离。通过该公式限定后，避免连杆16越过齿轮11的中心，达到使齿轮11来回旋转的目的。

本实施例中，由于齿条12固定在与之对应的压缩滑块10上，在压缩腔6的作用下无需额外对齿条12设置导向结构。当然，在一些其他实施例中，也可以在容纳腔13内设置齿条12的导向结构。

实施例二

本实施例的结构原理同实施例一的结构原理基本相同，不同的地方在于，如图7和图8所示，带动组件包括四个环向均匀分布与叶轮4内的容纳腔13、密封配合于容纳腔13内的驱动滑块18以及设于叶轮4中部的用于牵引驱动滑块18来回滑动的牵引结构，容纳腔13与压缩腔6一一对应设置且容纳腔13和与之对应的压缩腔6连通，驱动滑块18与压缩滑块10之间形成用于封装流体的封闭腔体。

每个封闭腔体的体积相等，即注入封闭腔体内流体的体积相等，流体应注满封闭腔体。叶轮4转动时，牵引结构带动驱动滑块18在容纳腔13内来回滑动，在封闭腔体内流体的作用下将带动与之对应设置的压缩滑块10来回滑动，从而达到改变压缩腔6有效容积的目的。

如图7、图9和图10所示，叶轮4的中部设有与四个容纳腔13连通的让位腔14，牵引结构包括固定在第二端盖3上且轴向伸入让位腔14的支撑杆15以及四个能绕支撑杆15转动的连杆16，支撑杆15相对于叶轮4偏心设置，连杆16与驱动滑块18一一对应设置，连杆16远离支撑杆15的一端和与之对应设置的驱动滑块18铰接。

如图10所示，四个连杆16非等高设置。在各驱动滑块18内各设置了一沿叶轮4轴向延伸的支撑柱，连杆16远离支撑杆15的一端套设在支撑柱上与驱动滑块18实现铰接。

容纳腔13至支撑杆15的距离最小时与该容纳腔13连通的压缩腔6与火花塞9孔连通，容纳腔13至支撑杆15的距离最大时与该容纳腔13连通的压缩腔6与进口7连通。

本实施例中，流体为润滑油，润滑油不仅起填充封闭腔体的作用，还起润滑作用，降低磨损；润滑油与压缩腔6隔绝，处于无氧封闭状态，且燃点较高，不会燃烧。在一些其他实施例中，流体为密度较大的气体，如氯气、二氧化碳和氮气等，优选二氧化碳，还可以是大气。

本实施例中，压缩腔6和容纳腔13沿叶轮4轴向贯通叶轮4设置，位于压缩腔6内的压缩滑块10的两端分别与第一端盖2和第二端盖3滑动且密封配合，位于容纳腔13内的驱动滑块18的两端分别与第一端盖2和第二端盖3滑动且密封配合。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (10)

1.一种叶轮(4)活塞发动机，其特征在于，包括外壳(1)、设于外壳(1)一端的第一端盖(2)以及设于外壳(1)另一端的第二端盖(3)，所述外壳(1)内具有同轴设置的叶轮(4)，所述叶轮(4)上同轴设有由第一端盖(2)穿出的输出轴(5)，所述叶轮(4)的外环面与外壳(1)的内环面密封配合，所述叶轮(4)的外环面上开设有若干环向均匀分布的压缩腔(6)，所述压缩腔(6)随叶轮(4)的转动依次与设于外壳(1)上的进口(7)、火花塞孔和出口(8)连通，所述火花塞孔内安装有火花塞(9)，每个所述压缩腔(6)内均密封配合有压缩滑块(10)，所述叶轮(4)内设有当叶轮(4)转动时用于带动压缩滑块(10)滑动的带动组件。

2.根据权利要求1所述的叶轮(4)活塞发动机，其特征在于，所述带动组件包括若干环向均匀分布于叶轮(4)内的齿轮(11)以及若干与齿轮(11)一一对应设置的齿条(12)，所述齿轮(11)与压缩滑块(10)一一对应设置，所述齿条(12)和与之对应设置的齿轮(11)啮合，且所述齿条(12)固定在与之对应设置的压缩滑块(10)上；所述叶轮(4)的中部设有用于驱动各齿轮(11)来回转动的牵引结构。

3.根据权利要求1所述的叶轮(4)活塞发动机，其特征在于，所述叶轮(4)内设有若干环向均匀分布且与压缩腔(6)一一对应的容纳腔(13)，所述容纳腔(13)和与之对应设置的压缩腔(6)连通，所述齿轮(11)设于与之对应的容纳腔(13)内；所述叶轮(4)的中部设有与若干容纳腔(13)连通的让位腔(14)，所述牵引结构设于让位腔(14)内。

4.根据权利要求2所述的叶轮(4)活塞发动机，其特征在于，所述牵引结构包括固定在第二端盖(3)上的支撑杆(15)以及若干能绕支撑杆(15)转动的连杆(16)，所述支撑杆(15)沿叶轮(4)轴向延伸且相对于叶轮(4)偏心设置，所述连杆(16)的与齿轮(11)一一对应设置，所述齿轮(11)上具有偏心设置的转轴(17)，所述连杆(16)远离支撑杆(15)的一端和与之对应设置的齿轮(11)上的转轴(17)转动连接。

5.根据权利要求4所述的叶轮(4)活塞发动机，其特征在于，所述支撑杆(15)中心至转轴(17)中心的距离c应满足如下公式：a-b＜c＜a+b，其中，a为支撑杆(15)中心至齿轮(11)中心的距离，b为转轴(17)中心至齿轮(11)中心的距离。

6.根据权利要求1所述的叶轮(4)活塞发动机，其特征在于，所述带动组件包括若干环向均匀分布与叶轮(4)内的容纳腔(13)、密封配合于容纳腔(13)内的驱动滑块(18)以及设于叶轮(4)中部的用于牵引驱动滑块(18)来回滑动的牵引结构，所述容纳腔(13)与压缩腔(6)一一对应设置且容纳腔(13)和与之对应的压缩腔(6)连通，所述驱动滑块(18)与压缩滑块(10)之间形成用于封装流体的封闭腔体。

7.根据权利要求6所述的叶轮(4)活塞发动机，其特征在于，所述叶轮(4)的中部设有与若干容纳腔(13)连通的让位腔(14)，所述牵引结构包括固定在第二端盖(3)上且轴向伸入让位腔(14)的支撑杆(15)以及若干能绕支撑杆(15)转动的连杆(16)，所述支撑杆(15)相对于叶轮(4)偏心设置，所述连杆(16)与驱动滑块(18)一一对应设置，所述连杆(16)远离支撑杆(15)的一端和与之对应设置的驱动滑块(18)铰接。

8.根据权利要求6所述的叶轮(4)活塞发动机，其特征在于，所述流体为润滑油。

9.根据权利要求6所述的叶轮(4)活塞发动机，其特征在于，所述流体为密度较大的气体。

10.根据权利要求4或7所述的叶轮(4)活塞发动机，其特征在于，所述容纳腔(13)至支撑杆(15)的距离最小时与该容纳腔(13)连通的压缩腔(6)与火花塞孔连通；所述容纳腔(13)至支撑杆(15)的距离最大时与该容纳腔(13)连通的压缩腔(6)与进口(7)连通。

Images